張豫岡，納仁花，祁麗娟

(蘭州工業(yè)學(xué)院 基礎(chǔ)學(xué)科部， 甘肅 蘭州 730050)

習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調(diào)：“要用好課堂教學(xué)這個主渠道，其他各門課都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)[1]。”這對專業(yè)課程發(fā)揮育人功能提出了明確要求。實踐實驗類課程思想政治教育是課程思政改革中較難解決的問題。大學(xué)數(shù)學(xué)實驗課程旨在培養(yǎng)學(xué)生Matlab的運算能力、數(shù)據(jù)處理能力和程序設(shè)計能力，使學(xué)生體驗利用軟件解決問題的過程，從實驗中去探索、學(xué)習和發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)規(guī)律，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習的主動性。將思政元素有效的融入課程實驗中，不僅可以豐富課程自身的內(nèi)涵，還可以賦予思想政治教育鮮活的生命力，旗幟鮮明地培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義情懷、認真嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度、團結(jié)協(xié)作優(yōu)良品德，增強學(xué)生勇于探索的創(chuàng)新精神、善于解決問題的實踐能力，提升課程的教學(xué)效果和育人作用。

目前不少學(xué)者和教師已將思想政治教育融入到大學(xué)數(shù)學(xué)課程自身的各環(huán)節(jié)和各方面，以隱性思政的功能，與顯性思政一起產(chǎn)生合力[1-5]。大學(xué)數(shù)學(xué)實驗課程如何融入思政內(nèi)容，本文以數(shù)據(jù)插值實驗教學(xué)設(shè)計為例，探索大學(xué)數(shù)學(xué)實驗課程思政的方法途徑。插值法是進行數(shù)據(jù)處理的一種重要的數(shù)值計算方法，也是大學(xué)數(shù)學(xué)實驗課程的重點內(nèi)容。

1 教學(xué)目標設(shè)計

1.1 知識與技能目標設(shè)計

1) 熟悉拉格朗日和牛頓插值多項式，注意其不同特點；

2) 掌握用Matlab插值的方法，了解拉格朗日插值、線性插值、樣條插值的基本思想；

3) 了解三種網(wǎng)格節(jié)點數(shù)據(jù)的插值方法的基本思想；

4) 掌握用Matlab計算一維差值和二維插值的方法[6]。

1.2 思想政治教育目標設(shè)計

1) 培養(yǎng)學(xué)生國土安全意識和愛國主義情懷，激發(fā)學(xué)生為保衛(wèi)國家領(lǐng)土安全，而積極主動探索學(xué)習的激情和精神；

2) 培養(yǎng)學(xué)生處理數(shù)據(jù)時應(yīng)具有精益求精的工匠精神；

3) 引導(dǎo)學(xué)生堅定“四個自信”，將愛國之情、強國之志、報國之行融入實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的奮斗之中。

2 實驗題目改造設(shè)計

原實驗題目：海水深度水深插值實驗在某海域測得某些點(x,y)處的水深為z(單位：m)，由表1給出，水深數(shù)據(jù)是在低潮時測得的。船吃水深度為5 m，問在矩形[75,200]×[-50,150]里行船的哪些地方船應(yīng)避免進入。

改造的實驗題目：中國軍艦在南?！ｋU海域的求解問題

在我國南海的某海域測得某些點(x,y)處的水深為z(單位：m)，由表1給出，水深數(shù)據(jù)是在低潮時測得的。已知我國軍艦的吃水深度為5 m，問在矩形[75,200]×[-50,150]里行船的哪些地方軍艦應(yīng)避免進入。

表1 南海某海域水深數(shù)據(jù)

3 實驗步驟及結(jié)果

1) 繪制數(shù)據(jù)散點圖(見圖1)。

clc

clear

x=[129,140,108.5,88,185.5,195,105.5,157.5,107.5,77,81,162,162,117.5];

y=[7.5,141.5,28,147,22.5,137.5,85.5,-6.5,-81,3,56.5,-66.5,84,-38.5];

z=[-4,-8,-6,-8,-6,-8,-8,-9,-9,-8,-8,-9,-4,-9];

plot3(x,y,z,'bo') % 繪制散點圖

grid on

xlabel('x');

ylabel('y');

zlabel('z');

title('數(shù)據(jù)散點圖')

圖1 數(shù)據(jù)散點分布

圖2 海底水深插值

2) 繪制海底水深插值圖、等高線圖(見圖2、圖3)。

xq=75:2:200;

yq=-50:2:150;

[xxq,yyq]=meshgrid(xq,yq);

new_Depth=griddata(x,y,z,xxq,yyq,'v4');

surf(xxq,yyq,new_Depth)

title('海底水深插值圖');

contour(xxq,yyq,new_Depth,'showtext','on')

title('海底水深等高線圖');

圖3 海底水深等高線

圖4 危險區(qū)域

3) 繪制危險區(qū)域圖(尋找水深小于5m的區(qū)域)(見圖4)。

danger_depth=new_Depth;

danger_depth(danger_depth<-5)=NaN;

surf(xxq,yyq,danger_depth)

title('危險區(qū)域圖');

在危險區(qū)域圖形窗口，點擊工具欄的“三維旋轉(zhuǎn)”標簽，將危險區(qū)域(見圖4)做三維旋轉(zhuǎn)得到危險區(qū)域在xoy面投影平面圖(見圖5)，從而求出危險區(qū)域：[110, 200]×[0, 100]，為我國軍艦在南海捍衛(wèi)領(lǐng)海權(quán)，提供科學(xué)有效的安全信息.

圖5 危險區(qū)域平面圖

4 思政目標的實現(xiàn)

思政目標的實現(xiàn),需要實驗任務(wù)的科學(xué)劃分及落實完成，將設(shè)計和提煉的課程思政元素，有機融入本次實驗教學(xué)中，達到潤物無聲的育人效果。

1) 思政目標一的實現(xiàn)。

將實驗題目由《海底測量問題》改編為《中國軍艦在南?！ｋU海域的求解問題》，并在課件中插入“中國軍艦在南?！眻D片(見圖6)，將一個二維數(shù)據(jù)插值求解實驗與與我國南海諸島及其海域發(fā)生的爭端相結(jié)合，虛擬營造二維插值實驗情境，設(shè)計利于課程思政教學(xué)的真切情境與熏陶氛圍，厚植愛國主義情懷。通過實驗題目告知學(xué)生“南海爭端”的歷史背景，讓學(xué)生深知南海諸島及其海域自古就是中國的神圣領(lǐng)土，不容侵犯。要求學(xué)生根據(jù)實驗題目數(shù)據(jù)，用二維插值的方法求解出南海的危險區(qū)域，繪制危險區(qū)域圖，為我國軍艦在南海捍衛(wèi)領(lǐng)海權(quán)，提供科學(xué)有效的安全信息，激發(fā)學(xué)生為保衛(wèi)國家領(lǐng)土安全，積極主動探索學(xué)習的激情和精神，從而實現(xiàn)思政教育目標一。

圖6 中國軍艦在南海

2) 思政目標二的實現(xiàn)。

在應(yīng)用Matlab軟件編程求解危險區(qū)域的三個實驗步驟中，利用plot3、surf、contour等繪圖命令實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化時，告訴學(xué)生數(shù)據(jù)分析素養(yǎng)不僅包括處理數(shù)據(jù)的知識與能力，還應(yīng)具有處理數(shù)據(jù)的精益求精的工匠精神；在用圖表展示數(shù)據(jù)時，不僅僅能使用基本的圖表描述數(shù)據(jù)的信息，還能夠運用技巧使數(shù)據(jù)可視化。如在實驗步驟(3)繪制危險區(qū)域圖中，使用“三維旋轉(zhuǎn)”標簽將三維危險區(qū)域圖轉(zhuǎn)化為平面圖，從而得到危險區(qū)域的坐標區(qū)間，將技術(shù)與藝術(shù)完美結(jié)合，借助圖形化的手段，更清晰、靈活、有效的反映數(shù)據(jù)信息。鼓勵同學(xué)們在數(shù)據(jù)整理方面，多了解數(shù)據(jù)整理的先進手段，處理數(shù)據(jù)的精益求精的工匠精神體現(xiàn)在對各類處理細節(jié)都臻于至善，從而實現(xiàn)思政教育目標二。

3) 思政目標三的實現(xiàn)。

當學(xué)生完成實驗，求出南海危險區(qū)域并繪制了危險區(qū)域的三維圖、平面圖、等高線圖后，順勢馬上借機鼓勵學(xué)生，只要認真學(xué)懂學(xué)校開設(shè)的每門課程，掌握了先進的科學(xué)技術(shù)就有能力愛國，就可以為捍衛(wèi)祖國領(lǐng)土主權(quán)的事業(yè)上貢獻自己的力量。使學(xué)生堅信中國有能力捍衛(wèi)南海主權(quán)，引導(dǎo)學(xué)生堅定“四個自信”，將愛國之情、強國之志、報國之行融入中國特色社會主義事業(yè)、建設(shè)社會主義現(xiàn)代化強國、實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的奮斗之中。反之，也告知學(xué)生如果當代大學(xué)生只是空有一腔愛國熱情，沒有科學(xué)知識、核心技術(shù)，維護國家安全也就會流于空談?！昂堂珉x土即死，國家無土難存”，寸土不讓、反抗侵略、反對分裂，應(yīng)作為一種神圣使命和義不容辭的責任融進每一位中華兒女的生命里和血液中，實現(xiàn)思政教育目標三。

5 結(jié)語

本堂實驗課程的教學(xué)不僅使學(xué)生掌握了Matlab的二維數(shù)據(jù)插值方法，還培養(yǎng)了學(xué)生處理數(shù)據(jù)時應(yīng)具有精益求精的工匠精神；使學(xué)生對南海諸島自古以來就是中國領(lǐng)土有了更加清楚地認識；使學(xué)生更加堅定了在黨中央的堅強領(lǐng)導(dǎo)下，中國有能力捍衛(wèi)南海的主權(quán)的決心和信心；激發(fā)學(xué)生為保衛(wèi)國家領(lǐng)土安全，而積極主動探索學(xué)習的激情和精神。